KR20020017052A - Defect inspection method using automatized defect inspection system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동화 결함 검사 장치를 이용한 결함 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a defect inspection method using an automated defect inspection apparatus.
모든 제품의 생산 공정에서는 제조 공정 이후에 완성된 제품의 완성도를 평가하기 위하여 결함 검사 공정을 거치게 된다. 이 때, 결함이란 제품의 특성을 저해하는 모든 요소를 통칭한다고 할 수 있으며, 매우 작아 육안으로는 보이지 않는 것으로부터 육안으로 확인할 수 있는 크기까지 다양한 크기의 결함이 존재할 수 있다.In the production process of all products, defect inspection process is performed to evaluate the completeness of the finished product after the manufacturing process. In this case, the defects may be referred to collectively as all the factors that hinder the characteristics of the product, there may be a defect of various sizes ranging from very small invisible to the naked eye can be seen with the naked eye.
비교적 큰 물체의 외형상 결함의 검사는 통상 임의로 샘플을 추출하여 작업자가 직접 육안으로 제품을 검사하는 방식으로 이루어지며, 작은 물체의 경우도 현미경 등을 이용하여 작업자가 검사할 수도 있다. 그러나, 이 경우 생산된 모든 제품에 대해 검사하는 것이 불가능하고 작업자의 육안 관찰에 따른 주관적인 검사이므로 객관적인 제품 검사가 어렵다는 단점이 있다.Inspection of the appearance defect of a relatively large object is usually performed by randomly extracting a sample and inspecting the product with the naked eye, and a small object may also be inspected by a microscope or the like. However, in this case, since it is impossible to inspect all the produced products and subjective inspection by visual observation of the worker, objective product inspection is difficult.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 검사 과정을 자동화한 검사 시스템이 사용되는데, 이는 CCD(전하 결합 소자; charge-coupled device) 카메라를 통해 획득한 제품의 영상을 영상 분석 소프트웨어를 통해 미리 입력된 표준 영상과 비교, 분석하여 과학적인 의사 결정을 함으로써 객관적인 전수 검사와 품질 관리의 자동화를 이루고 있다.In order to solve this problem, an inspection system that automates the inspection process is used, which is a standard that is pre-inputted through image analysis software to obtain an image of a product obtained through a CCD (charge-coupled device) camera. By comparing and analyzing the images and making scientific decisions, the objective is to automate objective inspection and quality control.
이와 같은 자동화 검사 장비는 크게 광학계, 영상 분석계, 기계 제어계로 분류될 수 있다. 광학계는 측정하고자 하는 지역을 조명하여 반사되는 영상을 획득하여 영상 분석계로 전송하며, 영상 분석계에서는 전송된 영상의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 미리 입력되어 있는 표준 영상과의 비교, 분석을 통해 유형별, 등급별로 불량을 분류하여 결과를 출력한다. 기계 제어계는 영상 분석 결과에 따라 유형별, 등급별로 불량품을 직접 분류하는 역할을 한다.Such automated inspection equipment can be broadly classified into optical systems, image analysis systems, and machine control systems. The optical system illuminates the area to be measured and acquires the reflected image and transmits it to the image analysis system.The image analysis system converts the analog signal of the transmitted image into a digital signal and compares and analyzes it with the standard image inputted in advance. In this case, the defects are classified by grade and the result is output. The machine control system directly classifies defective products by type and grade according to the image analysis results.
통상 결함을 검사하기 위해서는 광학계에서 획득된 영상과 표준 영상의 밝기를 비교하여 그 차이를 기준으로 결함 여부를 결정하게 된다.In order to inspect a defect, the brightness of the image obtained by the optical system and the standard image are compared and the defect is determined based on the difference.
도 1은 종래 기술에 따른 결함 검사 장치에서 획득된 영상에 대하여 밝기에 따른 정상 영역과 결함 영역을 표시하는 그래프이다.1 is a graph showing a normal region and a defect region according to brightness of an image acquired by a defect inspection apparatus according to the related art.
도 1에 나타난 바와 같이, 검사 대상 물체의 각 영역은 측정된 영상의 밝기를 기준으로 정상 영역(a-b; 중간 밝기), 돌기 영역(>b; 정상 영역보다 밝은 경우), 크랙 및 파손 영역(<a; 정상 영역보다 어두운 경우)로 구분된다.As shown in FIG. 1, each region of the object to be inspected is a normal region (ab; medium brightness), a protrusion region (> b; when brighter than the normal region), a crack, and a damaged region (< a; when darker than the normal region).
그런데, 영상의 밝기는 광학계에서 촬상할 때 이용하는 조명의 밝기에 매우 의존한다. 즉, 조명의 밝기에 따라 전체적인 영상이 밝아지거나 어두워질 수 있다. 따라서, 조명 장치의 노후화나 주변 환경의 변화에 따른 조명의 밝기의 변화에 따라 결함 검사의 결과가 많은 영향을 받으며, 이를 피하기 위해서는 조명 장치가 항상 일정한 조도를 유지할 수 있도록 유지 관리하는 것이 필요하다. 그러나, 조명 장치가 항상 일정한 조도를 유지하도록 관리하기 위해서는 별도의 시간과 비용이 들게 된다.By the way, the brightness of the image is very dependent on the brightness of the illumination used when imaging in the optical system. That is, the entire image may be brightened or darkened depending on the brightness of the lighting. Therefore, the result of the defect inspection is greatly affected by the aging of the lighting device or the change in the brightness of the lighting according to the change of the surrounding environment, and in order to avoid this, it is necessary to maintain and maintain the lighting device to maintain a constant illuminance at all times. However, it takes extra time and money to manage the lighting device to maintain constant illuminance at all times.
또한, 영상의 밝기는 검사 대상 물체의 표면 상태에 따라서도 달라질 수 있다. 즉, 동일한 형태의 검사 대상 물체에 대해 일정한 조도의 조명을 비춘다 하더라도 표면의 상태가 달라지면 영상의 밝기가 달라지게 된다. 따라서, 이는 조명 장치가 일정한 조도를 유지하도록 관리되더라도 해결하기 어려운 문제점이 된다.Also, the brightness of the image may vary depending on the surface state of the object to be inspected. That is, even if the illumination of a constant illuminance for the same type of object to be inspected, the brightness of the image is changed when the surface state is changed. Therefore, this is a problem that is difficult to solve even if the lighting device is managed to maintain a constant illuminance.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 본 발명의 목적은 영상의 밝기 변화에 영향받지 않고 결함 검사를 수행할 수 있는 결함 검사 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a defect inspection method capable of performing defect inspection without being affected by a change in brightness of an image.
도 1은 종래 기술에 따른 결함 검사 장치에서 획득된 영상에 대하여 밝기에 따른 정상 영역과 결함 영역을 표시하는 그래프이다.1 is a graph showing a normal region and a defect region according to brightness of an image acquired by a defect inspection apparatus according to the related art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동화 결함 검사 장치의 전체 구조를 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the overall structure of the automated defect inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 결함 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a defect inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 4a와 도 4b는 각각 자동화 결함 검사 장치를 이용해 획득한 영상의 밝기가 기준 밝기보다 어두운 경우와 밝은 경우에 정상 영역과 결함 영역의 변화를 표시하는 그래프이다.4A and 4B are graphs showing changes in a normal region and a defect region when the brightness of an image acquired using the automated defect inspection apparatus is darker than the reference brightness and is bright, respectively.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 검사 대상 물체의 영상에 대해 평균 밝기를 계산한 후 이 평균값이 미리 지정한 기준값과 다를 경우, 정상 및 결함의 범위를 자동으로 조정한 후 결함 여부를 검사한다.In order to solve the above problems, the present invention calculates the average brightness of the image of the object to be inspected, and if the average value is different from a predetermined reference value, the range of normal and defects is automatically adjusted, and the defects are examined. .
즉, 본 발명의 결함 검사 방법은, 검사 대상 물체를 조명하여 반사되는 빛을 받아들여 검사 대상 물체의 영상을 획득한 후 검사 대상 물체의 영상을 분석하여, 일정한 밝기 범위 내의 부분은 정상으로, 일정한 밝기 범위를 벗어나는 부분은 결함으로 인식하는 결함 검사 방법에 있어서, 검사 대상 물체의 영상을 획득하는 단계, 획득된 영상의 밝기의 평균을 계산하는 단계, 계산된 평균을 미리 저장된 기준값과 비교하는 단계, 평균이 기준값의 범위 내에 있지 않은 경우 정상에 해당하는 밝기 범위를 일정량만큼 조정하는 단계를 포함한다.That is, in the defect inspection method of the present invention, after receiving the light reflected by the illumination of the inspection object to obtain an image of the inspection object and analyzing the image of the inspection object, a portion within a certain brightness range is normal, constant A defect inspection method for recognizing a portion outside the brightness range as a defect, the method comprising: obtaining an image of an object to be inspected, calculating an average of brightness of the acquired image, comparing the calculated average with a pre-stored reference value, If the average is not within the range of the reference value, adjusting the brightness range corresponding to normal by a predetermined amount.
이 때, 밝기 범위는 평균과 기준값의 차이에 비례하는 양만큼 조정되는 것이 바람직하다.At this time, the brightness range is preferably adjusted by an amount proportional to the difference between the average and the reference value.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2은 본 발명에 따른 자동화 결함 검사 장치의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing the overall configuration of an automated defect inspection apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 자동화 결함 검사 장치(200)는 크게 측정 광학계(220)와 영상 분석계(210)로 나눌 수 있다. 측정 광학계(220)는 CCD 카메라 등으로 이루어진 촬상부(221)와 조명부(222)로 이루어져 있으며, 측정하고자 하는 지역을 조명하여 반사되는 영상을 획득하여 영상 분석계(210)로 전송한다. 즉, 측정 대상 물체(400)는 벨트(300) 등을 통해 차례로 이동하여 측정 광학계(220) 아래의 정해진 위치를 지나게 되며, 이 때 측정 광학계(220)에 의해 대상 물체(400)의 영상이 획득된다. 영상 분석계(210)는 영상 처리 프로세서(211), 기억 장치(212), 표시부(213) 등으로 구성되는데, 측정 광학계(220)로부터 전송된 영상의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 미리 입력되어 있는 표준 영상과 비교, 분석하고, 유형별, 등급별로 불량을 분류하여 이 결과를 표시부(213)를 통해 표시한다. 또한, 도면 상에 도시되어 있지는 않지만, 이 결과를 이용하여 유형별, 등급별로 불량품을 직접 분류할 수 있다.The automated defect inspection apparatus 200 according to the present invention may be largely divided into a measurement optical system 220 and an image analysis system 210. The measuring optical system 220 includes an image capturing unit 221 and an illuminating unit 222 made of a CCD camera and the like, and acquires an image reflected by illuminating an area to be measured and transmits the reflected image to the image analyzing system 210. That is, the measurement target object 400 is sequentially moved through the belt 300 or the like and passes through a predetermined position under the measurement optical system 220. At this time, the image of the target object 400 is acquired by the measurement optical system 220. do. The image analyzer 210 includes an image processing processor 211, a memory device 212, a display unit 213, and the like, which converts an analog signal of an image transmitted from the measurement optical system 220 into a digital signal and is input in advance. The result is displayed on the display unit 213 by comparing and analyzing the standard image, classifying defects by type and grade. In addition, although not shown in the drawings, the results may be used to directly classify defective items by type and grade.
이제 이와 같은 자동화 결함 검사 장치를 이용하여 검사 대상 물체의 결함을 검사하는 방법을 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 결함 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.Now, a method of inspecting a defect of an object to be inspected using the automated defect inspection apparatus will be described in detail. 3 is a flowchart illustrating a defect inspection method according to an embodiment of the present invention.
앞서 설명한 바와 같이, 조명부(222)가 검사 대상 물체(400)를 조명하고 촬상부(221)는 검사 대상 물체(400)에 의해 반사되는 빛을 받아들여 검사 대상 물체(400)의 영상을 획득한다(S310). 획득된 영상은 측정 광학계(220)로부터 영상분석계(210)로 전송된다. 영상 분석계(210)에서는 먼저 획득된 영상의 평균 밝기를 계산하고(S320), 이를 미리 저장된 기준 밝기와 비교한다(S330). 측정된 밝기가 기준 밝기와 동일한 경우, 미리 지정된 값을 이용하여 검사 대상 물체를 검사한다(S350). 이와는 달리, 측정된 밝기가 기준 밝기와 일치하지 않는 경우는, 이후에 상세히 설명할 도 4a와 도 4b의 그래프에 나타나 있는 것처럼 정상 영역과 결함 영역의 범위를 조정한다(S340). 결함 범위가 조정되면, 조정된 결함 범위를 기준으로 검사 대상 물체를 분류한다(S350).As described above, the illumination unit 222 illuminates the inspection object 400 and the imaging unit 221 receives the light reflected by the inspection object 400 to obtain an image of the inspection object 400. (S310). The acquired image is transmitted from the measuring optical system 220 to the image analyzing system 210. The image analyzer 210 first calculates an average brightness of the acquired image (S320), and compares it with a reference brightness stored in advance (S330). If the measured brightness is the same as the reference brightness, the inspection object is inspected using a predetermined value (S350). In contrast, when the measured brightness does not match the reference brightness, the ranges of the normal area and the defective area are adjusted as shown in the graphs of FIGS. 4A and 4B, which will be described in detail later (S340). When the defect range is adjusted, the inspection object is classified based on the adjusted defect range (S350).
도 4a와 도 4b는 각각 자동화 결함 검사 장치를 이용해 획득한 영상의 밝기가 기준 밝기보다 어두운 경우와 밝은 경우에 정상 영역과 결함 영역의 변화를 표시하는 그래프이다.4A and 4B are graphs showing changes in a normal region and a defect region when the brightness of an image acquired using the automated defect inspection apparatus is darker than the reference brightness and is bright, respectively.
검사 대상 물체에 대해 획득한 전체 영상의 평균 밝기가 기준 밝기보다 Δ만큼 어두운 경우는, 도 4a에 나타난 바와 같이, 결함 영역에 해당하는 돌기 영역과 크랙 및 파손 영역을 Δ만큼 왼쪽으로 이동시킨다. 즉, a-Δ보다 어두운 영역이 크랙 및 파손 영역으로 조정되고, 정상 영역은 a-Δ부터 b-Δ까지의 영역이 되며, b-Δ보다 밝은 영역은 돌기 영역이 된다.When the average brightness of the entire image acquired for the object to be inspected is darker by Δ than the reference brightness, as shown in FIG. 4A, the projection area, the crack and the damage area corresponding to the defective area are moved left by Δ. That is, a region darker than a-Δ is adjusted to a crack and a damaged region, the normal region becomes a region from a-Δ to b-Δ, and a region brighter than b-Δ becomes a projection region.
반대로, 검사 대상 물체에 대해 획득한 전체 영상의 평균 밝기가 기준 밝기보다 Δ만큼 밝은 경우는, 도 4b에 나타난 바와 같이, 결함 영역에 해당하는 돌기 영역과 크랙 및 파손 영역을 Δ만큼 오른쪽으로 이동시킨다. 즉, a+Δ보다 어두운 영역이 크랙 및 파손 영역으로 조정되고, 정상 영역은 a+Δ부터 b+Δ까지의 영역이 되며, b+Δ보다 밝은 영역은 돌기 영역이 된다.On the contrary, when the average brightness of the entire image acquired for the object to be inspected is Δ brighter than the reference brightness, as shown in FIG. 4B, the projection area and the crack and damage area corresponding to the defect area are moved to the right by Δ. . That is, an area darker than a + Δ is adjusted to a crack and a damaged area, the normal area becomes an area from a + Δ to b + Δ, and an area brighter than b + Δ becomes a protruding area.
측정된 평균 밝기와 기준 밝기를 비교하는 단계에서는, 기준 밝기를 하나의 수치로 지정하지 않고 기준 밝기에 대해 일정한 범위를 지정하여, 측정된 평균 밝기가 지정한 범위 내인 경우에는 미리 지정된 정상 영역과 결함 영역의 범위를 이용하여 결함을 검사하고, 지정한 범위를 벗어나는 경우에는 범위를 벗어나는 양만큼 정상 영역과 결함 영역의 범위를 조절하는 방식으로 할 수도 있다.In the step of comparing the measured average brightness with the reference brightness, instead of specifying the reference brightness as a single value, a predetermined range is specified for the reference brightness, and if the measured average brightness is within the specified range, the predetermined normal area and the defective area are specified. The defect may be inspected using a range of and the range of the normal region and the defect region may be adjusted by an amount out of the specified range when the defect is out of the specified range.
또한, 필요에 따라서는, 측정된 평균 밝기와 기준 밝기와의 차이와 동일한 양만큼 정상 범위를 이동시키지 않고, 이 차이에 비례하는 일정량만큼을 이동시킬 수도 있다. 이는 조명의 밝기에 따라 영상의 민감도가 달라지는 경우, 이를 반영하기 위한 것이다.In addition, if necessary, it is also possible to move by a certain amount proportional to the difference without moving the normal range by the same amount as the difference between the measured average brightness and the reference brightness. This is to reflect the case where the sensitivity of the image varies depending on the brightness of the illumination.
한편, 각각의 검사 대상 물체에 대하여 매번 평균 밝기를 계산하고 이를 기준 밝기와 비교한 후 정상 영역을 조정하는 단계를 거치게 될 경우, 결함 검사의 속도가 느려질 수 있다. 따라서, 매번 이와 같은 단계를 거치지 않고, 일정 개수의 검사 대상 물체를 단위로 한번씩 범위 조정을 하거나, 자동화 결함 검사 장치가 초기화될 때 범위 조정을 하는 식의 방법을 취할 수도 있다.Meanwhile, when the average brightness is calculated for each object to be inspected each time, the average brightness is compared with the reference brightness, and the normal region is adjusted, the defect inspection speed may be slowed. Therefore, the range adjustment may be performed once per unit of a certain number of inspection target objects without going through such a step every time, or the range adjustment may be performed when the automated defect inspection apparatus is initialized.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였으나, 이 실시예는 본 발명을 이해하기 위한 설명을 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위가 이 실시예에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 기술이 속하는 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, this embodiment has been presented for the purpose of understanding the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this embodiment. It will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted by the appended claims.
본 발명에 따른 결함 검사 방법에서는 조명의 변화나 검사 대상 물체의 표면 상태에 따라 획득된 검사 대상 물체의 영상의 밝기가 변하는 것에 대응하여 정상 영역과 결함 영역을 조정한 후 이를 이용하여 결함을 검사함으로써, 영상의 밝기의 변화에 영향을 받지 않고 정확하게 결함을 검사할 수 있다. 따라서, 조명 장치가 항상 일정한 조도를 유지할 수 있도록 관리하여야 할 필요성이 줄어들고, 이에 따라 결함 검사에 드는 시간과 비용을 절약할 수 있다.In the defect inspection method according to the present invention by adjusting the normal region and the defect region in response to the change in the brightness or the brightness of the image of the inspection object obtained in accordance with the surface state of the inspection object by inspecting the defect using this In addition, defects can be inspected accurately without being affected by changes in image brightness. Therefore, the need to manage the lighting device to maintain a constant illuminance at all times is reduced, thereby saving the time and cost of defect inspection.
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